ग्राफीन में स्थानीय मोड़ कोण दृश्य में आते हैं - भौतिकी विश्व

ग्राफीन में स्थानीय मोड़ कोण दृश्य में आते हैं - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 19 अप्रैल, 2024 8:00 पूर्वाह्न


विधि किस प्रकार मुड़ी हुई 2डी सामग्रियों में स्थानीय मोड़ कोणों में भिन्नताओं को सीधे देखती है, इसका एक योजनाबद्ध आरेख
एक अलग मोड़: एक योजनाबद्ध आरेख जो दिखाता है कि कैसे विधि सीधे मुड़ी हुई 2डी सामग्रियों में स्थानीय मोड़ कोणों में भिन्नता की कल्पना करती है। नई तकनीक से ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन में स्थानीय ट्विस्ट कोणों में स्पष्ट भिन्नताएं सामने आईं। (सौजन्य: एस झू)

द्वि-आयामी सामग्रियों की परतों को एक-दूसरे के ऊपर रखना और उनके बीच मोड़ कोण को अलग-अलग करने से उनके इलेक्ट्रॉनिक गुणों में बड़े पैमाने पर बदलाव होता है। तरकीब यह है कि ट्विस्ट एंगल को बिल्कुल सही बनाया जाए और यह जाना जाए कि आपने ऐसा कब किया है। चीन के शोधकर्ताओं ने अब एक ऐसी तकनीक विकसित की है जो इस चुनौती के दूसरे भाग में मदद करती है। वैज्ञानिकों को स्थानीय मोड़ कोणों में भिन्नताओं की सीधे कल्पना करने की अनुमति देकर, नई तकनीक मुड़ी हुई सामग्रियों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर प्रकाश डालती है और उनके गुणों का फायदा उठाने वाले उपकरणों के विकास में तेजी लाती है।

ग्राफीन (सिर्फ एक परमाणु मोटा कार्बन का 2डी रूप) में इलेक्ट्रॉनिक बैंड गैप नहीं होता है। न ही ग्राफीन परतों की एक जोड़ी एक दूसरे के ऊपर खड़ी होती है। हालाँकि, यदि आप स्टैक में हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (एचबीएन) नामक एक और 2डी सामग्री जोड़ते हैं, तो एक बैंड गैप उभरता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एचबीएन का जाली स्थिरांक - इसके परमाणुओं की व्यवस्था कैसे की जाती है इसका एक माप है - लगभग ग्राफीन के समान है, लेकिन बिल्कुल नहीं। ग्राफीन और एचबीएन की थोड़ी बेमेल परतें एक बड़ी संरचना बनाती हैं जिसे मोइरे सुपरलैटिस के रूप में जाना जाता है, और इस सुपरलैटिस में आस-पास के परमाणुओं के बीच की बातचीत एक अंतराल बनाने की अनुमति देती है। यदि परतों को मोड़ दिया जाता है ताकि वे और अधिक गलत तरीके से संरेखित हो जाएं, तो जाली की परस्पर क्रिया कमजोर हो जाती है, और बैंड गैप गायब हो जाता है।

पारंपरिक सामग्रियों में ऐसे परिवर्तनों को प्राप्त करने के लिए आमतौर पर वैज्ञानिकों को सामग्रियों की रासायनिक संरचना को बदलने की आवश्यकता होती है। 2डी सामग्री की परतों के बीच मोड़ कोण को अलग-अलग करना एक पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण है, और संबंधित संभावनाओं ने डिवाइस इंजीनियरिंग के एक नए क्षेत्र को शुरू किया है जिसे ट्विस्ट्रोनिक्स के नाम से जाना जाता है। समस्या यह है कि मोड़ कोणों को नियंत्रित करना कठिन होता है, और यदि नमूने के विभिन्न क्षेत्रों में असमान रूप से वितरित मुड़ कोण होते हैं, तो नमूने के इलेक्ट्रॉनिक गुण स्थान-दर-स्थान अलग-अलग होंगे। यह उच्च-प्रदर्शन वाले उपकरणों के लिए आदर्श से बहुत दूर है, इसलिए शोधकर्ता ऐसी असमानताओं को अधिक सटीक रूप से देखने के तरीके तलाश रहे हैं।

एसएमआईएम पर आधारित एक नई विधि

नए काम में, के नेतृत्व में एक टीम हांग-जून गाओ और शियु झू का भौतिकी संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी, ने स्कैनिंग माइक्रोवेव प्रतिबाधा माइक्रोस्कोपी (एसएमआईएम) नामक एक विधि को अनुकूलित किया जिसे हाल ही में विकसित किया गया था ज़िक्सुन शेन और सहयोगियों स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय अमेरिका में। अनुकूलित विधि में नमूने में गेट वोल्टेज की एक श्रृंखला को लागू करना और इसमें विभिन्न पदों पर एसएमआईएम डेटा में चालकता के उतार-चढ़ाव का विश्लेषण करना शामिल है। झू बताते हैं, "यह प्रक्रिया मोइरे बैंड अंतराल के अनुरूप गेट वोल्टेज प्रदान करती है, जो पूरी तरह से भरे हुए इलेक्ट्रॉनिक बैंड का संकेतक है, जो सीधे मोइरे सुपरलैटिस और स्थानीय मोड़ कोणों के बारे में विवरण का खुलासा करता है।"

जब शोधकर्ताओं ने अपने सहयोगियों द्वारा निर्मित ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन के उच्च गुणवत्ता वाले नमूनों पर इस विधि का परीक्षण किया कियानयिंग हू, यांग जू और जियावेई हू, वे सीधे मोड़ कोणों की विविधताओं का पता लगाने में सक्षम थे। उन्होंने स्थानीय क्षेत्रों की चालकता के बारे में भी जानकारी प्राप्त की, और उन्होंने विमान से बाहर चुंबकीय क्षेत्र लागू करके अन्य इलेक्ट्रॉनिक राज्यों जैसे क्वांटम हॉल राज्यों और चेर्न इंसुलेटर की विशेषता बताई। झू कहते हैं, "हमने ये माप एक साथ किए।" "इससे हमें विभिन्न स्थानीय मोड़ कोण स्थितियों के तहत सीधे क्वांटम स्थिति की जानकारी प्राप्त करने की अनुमति मिली।"

उन्होंने आगे कहा, नई तकनीक से कई माइक्रोन की दूरी पर लगभग 0.3° के स्थानीय मोड़ कोणों में स्पष्ट भिन्नताएं सामने आईं। इसने टीम को स्थानीय चालकता को मापने में भी सक्षम बनाया, जो वैकल्पिक तरीकों से संभव नहीं है जो चुंबकीय क्षेत्र को मापने के लिए संपीड़ितता या नैनोस्क्विड को मापने के लिए एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं। इसके अलावा, एक इंसुलेटिंग बीएन परत द्वारा कवर किए गए मुड़ बाइलेयर ग्राफीन के नमूनों के लिए, नई विधि पारंपरिक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी पर एक महत्वपूर्ण लाभ है, क्योंकि यह इंसुलेटिंग परत में प्रवेश कर सकती है।

नवीन क्वांटम अवस्थाओं की खोज

झू बताते हैं, "हमारे काम ने एक मुड़ी हुई द्वि-आयामी सामग्री के डोमेन के भीतर और बीच में स्थानीय मोड़ कोण भिन्नता का खुलासा किया है।" भौतिकी की दुनिया. “इसने नमूने की सूक्ष्म अवस्था के बारे में हमारी समझ को गहरा कर दिया है, जिससे हमें पहले 'बल्क-एवरेजिंग' मापों में देखी गई कई प्रायोगिक घटनाओं को समझाने की अनुमति मिली है। यह नवीन क्वांटम अवस्थाओं का पता लगाने का एक तरीका भी प्रदान करता है जिन्हें मैक्रोस्कोपिक रूप से निरीक्षण करना मुश्किल है, सूक्ष्म परिप्रेक्ष्य से अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

उन्होंने आगे कहा, इन मापों के लिए धन्यवाद, मुड़े हुए द्वि-आयामी सामग्रियों में स्थानीय मोड़ कोणों की असमानता अब उपन्यास क्वांटम राज्यों के अध्ययन में बाधा नहीं बननी चाहिए। "इसके बजाय, हमारे द्वारा देखे गए स्थानीय मोड़ कोणों के समृद्ध वितरण के लिए धन्यवाद, अब एक ही नमूने में कई स्थानीय मोड़ कोण स्थितियों और बैंड संरचना स्थितियों के तहत विभिन्न क्वांटम राज्यों की एक साथ तुलना करना संभव होना चाहिए।"

शोधकर्ताओं का लक्ष्य अब अपनी तकनीक को ट्विस्टेड सिस्टम और हेटरोस्ट्रक्चर मोइरे सिस्टम की एक विस्तृत श्रृंखला तक विस्तारित करना है - उदाहरण के लिए, ट्विस्टेड बाइलेयर MoTe जैसी सामग्रियों में2 और WSe2/ WS2. वे बल्क-औसत माप भी करना चाहेंगे और अपनी नई पद्धति का उपयोग करके इन परिणामों की तुलना स्थानीय मापों से करेंगे।

समय टिकट:

से अधिक भौतिकी की दुनिया